管道阴极保护技术发展和数值模拟在其中的应用
管道阴极保护技术发展和数值模拟在其中的应用
摘要：近年来，随着社会进步和科技发展，阴极保护无论在应用范围还是在先进技术上都得到了较大的发展。阴极保护技术适用于油气长输管道防腐蚀，实施该技术可有效减缓管道的腐蚀速度及程度，延长管道的使用寿命，降低维修费用。一些先进的分析计算与测量技术与传统的阴极保护相结合产生阴极保护数值模拟计算技术、阴极保护探头监测与无线传输技术，大大提高了阴极保护设计和维护管理水平。数值模拟技术在近年来得到了迅速的发展，通过数值模拟计算可以准确预测阴极保护的保护效果,解决传统阴极保护设计中的弊端,所以数值模拟方法已经被广泛地应用到腐蚀与防护计算领域。本文对了国内外阴极保护技术的现状，以及数值模拟在阴极保护中的研究进展和应用情况进行了综述。
关键词：阴极保护管道腐蚀数值模拟
1 阴极保护国内外研究进展
阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护技术分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，目前该技术已经基本成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、钢码头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物的腐蚀控制。随着我国工业化、城镇化步伐的加快以经济的高速增长，我国已经成长为全球第二大经济体，对石油、天然气的消费需求不断增加。为使油气从生产地到达消费地，需建设长输油气管道。管道铺设从偏远的油气矿区开始一直延伸到繁华的都市，管道要途径坑坑洼洼、凹凸不平、风沙雨雪、穿越河流等多种复杂环境，管道在输送过程中，因风蚀、水力作用及重力侵蚀衍生的腐蚀介质对管道造成较大程度的伤害。在目前的技术条件下，阴极保护无疑是最适宜的措施。
1.1国外阴极保护技术的发展
1823 年，英国学者汉·戴维接受英国海军部对木制舰船的铜护套的腐蚀的研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，并将采用铁和锌对铜保护的相关报告于 1824年发表，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。1834年，电学的奠基人法拉第奠定了阴极保护的原理；1890 年爱迪生根据法拉第的原理，提出了强制电流阴极保护的思路。1902 年，K·柯恩采用爱迪生的思路，使用外加电流成功地实现了实际的阴极保护。1906年，德国建立第一个阴极保护厂；1910年～1919 年，德国人保尔和佛格尔用 10年的时间，在柏林的材料试验站确定了阴极保护所需要的电流密度，为阴极保护的实际使用奠定了基础。1928年，被称为美国“电化学之父”的罗伯特·J·柯恩在新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套牺牲阳极保护装置，为阴极保护的现代技术打下了基础。此后，阴极保护在美国和一些发达国家得到快速推广，并于1936 年成立了（美国）中部大陆阴极保护协会。日本自1953年开始，外加电流阴极保护得到了广泛应用，或许是由于日本海湾较多而输油管道少的缘故，日本最先应用阴极保护的领域是海湾工程领域。至1970年底，美国已有64万公里的油气管道采用了阴极保护，而原西德、原苏联等在修建管道的同时就安装了阴极保护。与此同时，阴极保护的应用领域不断扩大。1973 年，Strufull 等人将外加电流阴极保护应用到美国50 号国道位于加州斯莱公园的钢筋混凝土公路桥上，开辟了阴极保护在钢筋混凝土结构中的应用，此后，这种方法在国外得到迅速发展和广泛应用，目前美国混凝土协会己经认可将该技术用于钢筋混凝土结构的维修和保护。美国联邦高速公路管理局（FIIWA）自1975年起，开始将阴极保护技术应用于钢筋混凝土的停车库、桥梁和隧道中，并于1982年指出：“阴极保护是已经被证实的唯一能够制止盐污染桥面板腐蚀的维修技术，无论混凝土中的氯化物含量如何”。阴极保护在得到广泛应用的同时，相关技术也在不断提高。1971年，混合型金属氧化物阳极首次应用于海水中，埋在海床泥浆中发挥着阴极保护作用。1973年，太阳能电池开始为阴极保护装置提供能源。1979年布劳尔（Brauer）发表了使用有限元法进行阴极保护设计的第一篇论文，1982年菲尤发表了第一篇关于边界元法在阴极保护设计上应用的文章。1983年唐索（Danso）和沃恩（Warne）第一次采用“边界元法”这一名称对其在阴极保护设计上应用的原理进行论述，并报导了应用边
界元法的现代设计方法对英国北海油田某一采油平台进行阴极保护系统设计的成功应用。1985年在加拿大安大略省的一座桥面板的阴极保护中首次使用了混合金属氧化物钛阳极。1988 年美国加州公路局 Apostolos首先在旧金山海湾一座跨海混凝土桥墩和桥面板上试用喷锌层阴极保护。
1.2 国内研究进展
我国的阴极保护工作开始于1958年。其直接原因是当时一条长输管道（克拉玛依－独山子输油管道）埋地11个月就开始穿孔漏油，最严重时每天都要穿孔几次。1961年将原管道停产并施加了阴极保护，施加阴极保护后，该管道连续运行了20多年未出现漏油，1986年有关专家通过考察、分析、评估，认定此管道还可工作 20年。1960 年以来，我国先后在新疆、大庆、四川、胜利、华北等油气田的地下输油和输气管道工程。中，以及在北京、上海、天津、哈尔滨、广州、青岛、潍坊、成都、重庆等十几个大中城市新建的输气管线和输水管线等工程中，均采用了阴极保护技术，获得了明显的防腐蚀效果。1965年，阴极保护技术在浑河水闸上试用，1966年在江苏的三河闸、射阳河挡潮闸和安徽裕溪口船闸闸门上进行了现场“涂料＋外加电流阴极保护及牺牲阳极”的试验，取得了成功。开启了阴极保护在水利领域的应用。1978年，福建三明无线电二厂的KKG型恒电位仪研制成功，并获得了全国科学大会奖。同年，中石油管道设计院与抚顺铝厂开展的镁牺牲阳极研制，陆续通过了技术鉴定，把我国的牺牲阳极研究发展到实用化程度。而原六机部725所（现中船重工集团725所）开发的船用牺牲阳极的研制和船用外加电流阴极保护技术，也获得了1978年的全国科学大会奖。1983年，我国开始对油井采用阴极保护生产试验，取得了良好的保护效果，为套管防腐提供了一种新的解决方法，也开辟了阴极保护在油井套管中的应用。1984 年 9 月，原国家建材局主持召开了阴极保护在预应力混凝土管道上应用的部级鉴定会，推动了阴极保护在钢筋混凝土管道中的应用。1998 年，郑州市天然气公司在全国率先采用对地下燃气管网采用深井阳极阴极保护技术和分段预制阳极体技术进行保护，实施后每年创造的直接经济效益580万元。随后，西安等城市也采用了类似技术，为地下燃气管网提供了保护。2000 年，我国第一家专门从事阴极保护的公司上海海诺科技发展公司成立，重点推广深井阳极阴
极保护技术。此后，深井阳极阴极保护技术在郑州燃气管网等多项工程中得到应用。迄今为止，我国已有几十家专门从事阴极保护工程的公司，服务对象涉及石油、石化、化工、船舶、桥梁、港口等领域。2009 年 11 月，经第十一届全国人大常委会第十一次会议审议，通过了《中华人民共和国石油天然气管道保护法(草案)》，将我国石油天然气管道保护从部门条例上升为国家法律。在该法中，规定“管道，包括：(一)管道线路；(二)管道的阴极保护站、阴极保护测试桩、阳极地床、杂散电流排流站等防腐设施……”。
2 油气长输管道阴极保护现状和发展趋势
常见的阴极保护技术有强制电流和牺牲阳极这两种,这两种阴极保护技术在我国已经十分成熟并得到广泛的应用,有关埋地管道阴极保护技术的标准在我国的石油行业中已有10余部,其中,具有代表性的是中国的第一部管道防腐烛技术标准SYJ7-84《钢质管道储罐防腐烛工程设计规范》,阴极保护在我国的法律法规范围内也予以相应的重视,具有代表性的有国务院于1989年颁布的第一部法规《石油、天然气管道管理条例》,它首次在管理内容里列进了管道需要施加阴极保护的规定。随着我国天然气输送工程的加速发展,天然气埋地长输管道需要更高要求的阴极保护技术来确保钢制长输管道能够安全和可靠的运营。我国的标准化委员会和质量监督检验总局于2008年2月联合发布了《埋地钢质管道阴极保护技术规范》,这是我国首次颁布埋地钢质管道阴极保护方面的国家标准,该标准具有鲜明的继承性、很强的操作性和严格的可控性。我国最新研制的以“组合式阳极阴极保护装置”为代表的新型专利技术可以完全解决传统牺牲阳极法中阳极的用量无法调节这一技术弊端。该技术的先进性体现在技术组合、阳极用量可调节以及技术的设计等方面,并且具有环保性、简捷性、经济性的特点和优势,因而逐渐被江苏、河北、山东等多家企业所接受和推广。在当今的信息社会中,软件己逐步成为一个公司技术水平先进性的指标,但是目前国内仍没有应用在石油天然气领域中的阴极保护专业性的设计软件。因此,开发出相关阴极保护设计和强电干扰两方面的软件是首先予以重视的,但考虑到开发软件的难度性,国内公司通常采用先引进和学习国外的软件,然后再进行深入的研发。
而国外在相关阴极保护的标准和规范的基础上,能够大胆的将新的并且合理
的理论应用在阴极保护的设计中,这些理念相对于国内都较为先进,而且没有任何国度的限定,例如德国SSS公司曾提出一项全新的设计理念,即临时阴极保护技术。而且,国外在设计中选择和使用的材料以及设备通常都是全球最先进和最合理的。与此同时,国外公司为追求设计具有更强的科学性,既能够达到设计的合理性也能够体现出世界领域里先进性,因此在设计的前期投入了大量的人力和财力。国外管道业主将管道的腐烛控制全部委托给专业的防腐蚀公司来承担是国外的公司的管理体制,针对于管道业主本身并没有专业的防腐烛方面的管理人才,并且需要负责管理监控的公司同时还是多方业主的承包商,技术娴熟,而且技术要求高,因此远程遥测和遥控技术就产生了。该项技术是利用软件通过电脑或手机对管道定位、覆土深度、阴极保护参数等进行检测和控制。强电线路会对相邻的地下管道造成交流干扰影响, 国外对于交流干扰这一领域的研究已经有约为一百多年的历史,在理论和标准以及技术成果上都十分成熟。在常规条件下,国内外的阴极保护技术己非常成熟,但国外对于非常规条件下的阴极保护技术发展也非常迅速,比较突出的有长线形阳极的研制与应用等。目前国外阴极保护技术巳做到了法律化、标准化,比较重要的有国外NACE、DIN等相关标准和准则。
3 数值模拟在阴极保护中的应用
在传统的阴极保护工程设计中, 大多采用实际测量或经验估计的方法来掌握电位分布规律, 如船舶、浅海设施、埋地管线等可直接用参比电极进行逐点测量电位分布; 而对深海设施、油气深井及复杂结构物, 往往用可测部位的数据去外推无法测量部位的电位分布, 为工程优化设计确定阴极保护参数, 判断阴极保护效果。实际测量虽直观、明了、可靠度高, 但由于时空、环境等因素的限制, 进行实际测量往往工作量繁重, 费用昂贵; 而外推法由于自身的弱点, 可靠性不高; 经验估计的方法虽然简单易行并且对于环境条件变化不大、被保护构件几何形状简单的阴极保护工程的设计也不失为一种行之有效的好方法, 但如果应用于复杂结构或环境条件恶劣的阴极保护工程的设计, 则需要引入较大的安全系数, 可能造成不必要的浪费, 而且在某些情况下, 即使引入了很大的安全系数, 由于结构本身的复杂性和环境因素的影响, 也会造成局部区域不完全保护或过保护现象。
由于阴极保护工程的传统设计方法中上述问题的存在, 以及计算机在防腐科学领域的推广应用, 人们自然想到运用计算机技术用一种更加准确而有效的方法来估算被保护体的电位分布规律, 评价阴极保护效果, 从而掀开了数值方法在腐蚀领域应用的新篇章。1964 年, Kling ent , Lynn 和 T obias首次用有限差分法 ( FDM) 研究了电解池的几何形状和过电位参数的变化对电流分布的影响。七十年代末, Doig 和Flew it t用同一种方法计算了电解液中二维电偶问题的电位分布。后来, Strommen 和Rodland也用有限差分法估价了海上结构物阴极保护系统的行为。七十年代出现了一种在许多工程领域广泛使用的新的数值方法有限元法( FEM) 。1984 年, Bardal 等用边界元法分析了电偶腐蚀电流密度分布。1986 年, Cherry 等讨论了二维电偶腐蚀电池的几何形状, 溶液的欧姆电阻等因素对电位分布的影响。1990 年, Yi H uang、Iai- lu Jin等开始研究三维无限域的对称问题, 根据对称面的多少将其简化为 1/ 2, 1/ 4, 1/ 8 无限域,这样, 不仅提高了计算精度, 而且大大节省了 CPU 时间和计算机内存。
3.1 阴极保护数值模拟研究现状
随着边界元技术在腐蚀领域的发展和逐步完善, 国外陆陆续续出现了一些应用型计算机软件。在国内，60年代张鸣摘有限差分法计算了在装有海泥的槽中被保护海底管道表面的电位分布及其随保护时间的变化。自20世纪70年代,有限元法被逐渐应用到管道的腐烛与防护的阴极保护计算领域中。近年来该法广泛应用于计算阴极保护系统的电位分布的计算中,杜艳霞、张国忠采用了FLUENT 计算了储罐底板外侧阴极保护系统的电位分布,集中研究了土壤电阻率、罐底的极化特性、阳极的埋深等因素对耀底外侧阴极保护电位分布的影响,并将模拟得到的结果与实际测量的结果进行对比,吻合程度较高。王新华等人采用了有限元计算软件ANSYS对强制电流阴极保护管线进行有限元仿真,系统的研究了阴极保护管线及受干扰管线周围空间的电场、电位分布情况以及造成杂散电流的影响因素对电位分布的影响规律。
3.2 管道阴极保护数值模拟基本原理
国内外埋地管道阴极保护数值模拟方法主要有:有限差分法、有限元法和边
界元法,这几种方法的基本原理及应用现况大致如下。
3.2.1 有限差分法
该法的求解偏微分方程的大致过程归纳为:首先对计算域进行网格划分,将宏观的研究体系划分成由局部网络所组成的计算模型,然后再将差分方程应用于每个网格的节点上,计算得到的近似解的精度会随着网格节点的疏密情况而不同,一般情况下,网格节点越多,其得到的近似解精度越高。虽然该法应用到的诸多领域得到的计算结果精度可以保证,但在建立一个整体的三维模型时具有较高的难度一直是该种模拟方法的明显缺点,加之,该法在处理结构的边界曲线时是采用折线来近似代替的,因此难以确保其稳定性和收敛性。
3.2.2 有限元法
有限元法(Finite Element Method)是变分原理在差分方法中的应用,该法的出发点是将一个原本复杂的问题简化处理成为简单的问题后再进行求解。该法的主要特点不仅能得到结构表面上的电位、电流密度信息,而且也可得到某个特定范围内的电位、电流密度分布。有限元法的主要优点体现在被研究对象的单元形状可以是多种多样的,具有很大的灵活性和通用性。但该法的局限性在于,对一个三维几何模型进行有限元划分时需要会大大的增加工作量,而对一个无限问题来说,由于计算域无限远处的边界无法进行设定会降低求解的精度。
3.2.3 边界元法
该法对阴极保护电位场、腐烛电磁场的处理方法是对边界积分方程通过离散、插值等手段建立关于边界上未知数的方程,通过迭代求矩阵,得出所要求的物理量。边界元法计算中还将涉及到求解线性或非线性方程组问题。在处理非线性问题时,一般主要采用两类方法一类是利用一迭代法等方法求解非线性方程组,从而得到金属结构表面的阴极保护电位分布。近年来,边界元技术也得到了迅速的发展。它的优点是当处理二维问题时可在一维曲线上划分单元,处理三维问题时
可在二维曲面上划分单元,并且不需要在计算域内设置,相关参数完全分布在边界面上,由于未知数的减少大大的提高了计算速度。但如何在边界上设置更加符合实际情况的参数一直是该法的难点,但目前来说,在国外一些发达国家在这方面的研究相比于国内较为先进。
4 阴极保护技术及其数值模拟发展趋势
目前，阴极保护技术与多种学科互相渗透，已形成高新技术开发的新局面。随着我国经济建设规模的扩大和不断深入，将促进阴极保护技术在以下方面进一步发展：
（1）应用领域进一步扩大，由传统管道行业向其他行业延伸，由金属结构物外腐蚀控制向内腐蚀控制发展，如设备内壁外加电流阴极保护技术的研究及应用。
（2）先进阴极保护数值模拟计算及数据远程控制技术的进一步完善及推广应用。
（3）动态直流杂散电流的判别，交流腐蚀机理以及交、直流干扰的有效排除技术的进一步深入研究。
（4）深海环境金属结构物阴极保护实施关键技术问题的研究。
（5）高性能牺牲阳极及辅助阳极材料的研发与产业化。
我国的阴极保护数值计算模拟技术在近几十年取得了较快发展，但是，与美、日、欧等发达国家仍有较大差距，这些国家的部分软件在输入相应的极化曲线和环境描述后即可进行电位和电流密度的计算，而我国尚无成熟的商业软件可供应用。当前，在边界条件方面，应加强对极化模型的研究。同时，加强对环境差异大的浅滩、海水、海泥等不均匀介质中极化特性和处理方法的研究，并深入研究涂层剥离后管道钢的腐蚀行为和垢层随时间的变化规律。只有建立符合实际工况的边界条件，阴极保护数值模拟技术才能更好地服务于工业技术的发展。
随着计算机的加速普及和广泛应用,利用数值方法求解阴极保护体系的电位和电流分布问题已成为最近阴极保护领域中的热门课题,并在地下长输管道、
近海石油平台等场合得到了较好的应用,节省了大量的人力、物力实现了优化设计。由于受保护系统复杂几何形状、结构表面状态随时间变化、腐蚀性介质不均匀等多种因素的限制,使得数值模拟与实际体系之间还存在一定的差距,阴极保护体系电位和电流分布的数值计算还是一个尚待继续深入研究的课题,到目前为止,阴极保护电位分布的数值计算研究多是针对稳态分布型模型开展的,研究中往往假设系统处于稳态,环境介质为均匀、单一导体,而实际的阴极保护体系状态是随时间发生变化的,腐蚀介质也是不均匀的,因此数值计算模型还有待进一步完善,应在模型中考虑介质的不均匀性以及环境参数如土壤含水率、温度等周期性变化等因素的影响。边界条件的选取直接影响数值计算结果的准确性。有限元法、有限差分法、边界元法是在阴极保护电位分布数值计算领域广泛采用的三种计算方法,因有限元法和有限差分法在处理三维问题时精度损失大而在使用中受到一定的限制,而边界元法因可以降低维数,提高精度,而成为一种在阴极保护辅助设计中有着广阔前景的计算方法,但边界元法一般只能处理介质均匀的情况,有限元法却可以解决介质不均匀的情况。因此一种新动向是将几种方法组合使用,从而提高解决实际问题的能力。
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管道阴极保护
第一章管道阴极保护 一.电化学腐蚀原理 金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀.他是金属腐蚀中最普遍的一种形式,这种形式发生在金属和电解质溶液接触而且相互作用的时候,其最明显的特征是它必然有电流的流动 金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用,或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏.把两种电极电位不同的金属放在电解液中,即成为简单的原电池,若用导线将两种金属连接起来,则两个电极间有点位差存在而产生电流.例如将锌板和铜板当做两极,插入装有稀硫酸溶液的同一器皿中,并用导线连接,如图1----1所示.由于双电层原理Zn/Cu各自在溶液中建立电极电位，但Zn得电极电位较负，所以不断失去电子，变成Z n2+，离子溶解到电解质溶液中区。锌板上多余的电子则沿导线由锌板流到铜板，铜板上不断地有来自锌板的电子和溶液中得氢离子中和放电。 在原电池外部电子E由锌板流到铜板，则电流方向由铜板到锌板。 在原电池内部电流方向是从锌板流入溶液，再由溶液流入铜板。电极电位比较负的锌板称为阳极，电极电位比较正的铜板称为阴极。 在电解质溶液中，金属表面上的各部分，其电位是不完全想的的，点位较高的部分形成阴极区，电位低得部分形成阳极区。这便构成了腐蚀电池。 二．阴极保护原理 1.理想极化曲线 腐蚀电池在电路接通后就产生电流，电流的流通，使得腐蚀电池阳极和阴极的点击电位都偏离电流未流通之前的电极电位值。 在阳极，由于阳极金属溶解即阳极金属溶液即离子化的过程滞后于电子的转移过程，而正点和过剩，使阳极表面的电位向正的方向偏移，即阳极极化。 在阴极表面，由于从阳极转移过来的电子的迁移速度大大于在阴极表面的极化剂吸收电子的速度，使其大量的电子在阴极表面集聚，从而使阴极表面的电位向负的方向偏移，称为阴极极化。 阳极极化和阴极极化的共同结果，造成了腐蚀原电池起始电位差得变小。将复式电池阳极和阴极的电极电位与电流之间的关系的曲线表示出来绘成图，就得到了复式电池的极化曲线图。图1----2是腐蚀电池的极化曲线示意图。 如图所示，EaS是阳极化曲线，EaSshi 阴极极化曲线，当腐蚀电池内电阻为零时，它们相交于S点，S点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr.他是复式电池的阳极和阴极在极化后共同趋势的点位值。与此电位值对饮的电流Lcorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。 事实，上述的极化曲线是测不出来的。这事因为人们无法在腐蚀电池系统中确定阳极与阴极的面积。也无法保证在电极表面只发生单一的一种电极反应。甚至不可能侧刀腐蚀电池中任一般阳极部门，或微阴极部位的点位值。而测到的通常是其微阳与微阴极化后，共同趋向的电位Ecorr，上述极化曲线称之为理想的极化曲线，或假想的极化曲线。它所反映的是了，腐蚀电池内电流与阳极和阴极电位的关系。 2. 阴极保护原理 在介绍腐蚀电池工作原理时，人们曾谈到由于金属本身的电化学不均性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。例如在碳钢表面，其基体金属铁与碳素体FeC在电解质溶液中会形成电位差为200mV的微电池腐蚀。 当采用外加电流极化时，原来腐蚀者的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，对腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。繁殖，则称之为负的差异效
埋地长输管道阴极保护施工行业规范
埋地长输管道阴极保护施工 行 业 规 范 河南汇龙合金材料有限公司2019年技术部正版
1 工程概况 1.1工程内容 阴极保护工程项目为：-----------有限公司输水管道工程 1.2 开竣工时间 开工时间：总体进度确定开工时间，配合管道安装进行。 工期：配合管道安装确定整个工期 1.3牺牲阳极保护主要工程量 本阴极保护工程安装主要工程量如下： 序号项目名称工程量 1 阳极坑、测试装坑零星土方处 2 阳极的组装与运输支 3 镁合金牺牲阳极安装支 4 管道焊口重防腐涂料补口处 5 阳极安装后水的运输与浇注处 6 测试桩安装根 7 阴极保护检测处 2 施工部署 工程合同签定后，由单位领导主持，组织设立项目部。项目经理及项目部成员由责任心强，业务素质高，专业知识结构合理，现场施工经验丰富的人员组成。以便有能力及时处理施工中遇到的各种问题，从组织上保证工程顺利进行。 项目经理领导下，项目部有关人员均熟悉本工程工艺程序及图纸，并
在施工过程中记录并研究解决工程施工中的重点及难点。项目部设专人负责施工设备、材料进场，按相关程序实施进场验收，施工现场选定合适的库房。 2.1 工程施工规划 2.1.1本工程采用的施工管理措施，配合整体工程施工进度，可同步进行，协同作业。项目部以相关的奖惩制度确保工程进展快速，保质保量。 2.1.2根据设计书、相关标准和施工方案，项目部设专人负责落实施工所需各种原材料、施工设备等。 2.1.3根据项目工艺文件，图纸，由生产部组织实施牺牲阳极、测试桩等生产。 2.1.4项目部管理人员根据设计书、施工方案、施工图组织调度施工组，开展牺牲阳极和测试装置的施工。 2.1.5全部安装完毕后，测量电位数据，测量结果整理并出具测试报告。 2.2 施工技术方案及工艺 为了保证阴极保护系统长期、稳定地运行，施工的前期工作优为重要，严格按产品性能指标验收，保证产品质量，对热收缩套、阳极、参比电极及测试桩的安装严格按照设计要求及有关技术规范进行施工。 2.2.1阳极的组装 阳极的组装在工厂进行，组装后阳极的质量和各项技术指标符
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 ◆阴极保护系统测试方法 ◆恒电位仪的基本操作 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区得到电子受到保护。 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀
消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图1—3。 牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 2、强制电流法（外加电流法） 将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。如图1-4示。 图1-4恒电位方式示意图 外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化
阴极保护工作原理
阴极保护基本原理 容： 一、腐蚀电位或自然电位 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。 相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE）高纯镁-1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌-1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝-0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁-0.50 混凝土中的低碳钢-0.20 铜-0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中）-0.85 -0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌）-0.95 -0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管
输油管道阴极保护施工方案
吉化集团吉林市北方建设有限责任公司 吉林-长春成品油管道工程 第一标段线路工程 阴极保护施工方案 编制： 审核： 批准： 吉化集团吉林市北方建设有限责任公司 吉林-长春成品油管道工程项目经理部 二○一一年七月十五日
目录 1、编制依据................................................. 错误!未定义书签。 2、工程概况 (2) 3、施工部署 (4) 4、施工方法和措施 (5) 施工准备 (6) 用于临时阴极保护的锌带安装 (7) 测试桩安装 (8) 长春末站强制电流阴极保护安装 (9) 去耦合器的安装和调试 (10) 5、施工消耗材料计划 (13) 6、施工首段用料计划 (13) 7、工期计划及工期保证措施 (14) 8、质量保证措施 (14)
1、编制依据 （1）. 编制说明 本施工组织方案是依据建设单位提供的招标文件，施工图纸国家有关规范及验收标准进行编制的。本施工组织方案针对施工中的主要施工方法和措施，人员安排，质量控制,进度、材料控制及安全文明施工与环境保护等进行阐述说明。 （2）.编制依据 2、工程概况 本工程是由吉林到长春的输油管道工程。管道主要是采用外加电流的方式进行阴极保护。土壤电阻率比较低的地方需要用锌带牺牲阳极做临时阴极保护，有和旧管道交叉的地方设置管道交叉测试桩。每整公里处设电位测试桩。在管道受交流干扰地段设去耦合器。在长春末站埋设阳极地床。在绝缘法兰两端设接地电池，并设参比电极。 .工程内容：本工程主要内容包括测试桩的安装、长效硫酸铜参比电极、锌带的安装；通电点电缆的焊接，恒电位仪的安装、辅助阳极的埋设、接地电池的安装、去耦合器的安装、电缆敷设、系统调试等。
长输管道牺牲阳极法阴极保护施工方案
司 材 长输管道牺牲阳极 阴 极 保 护 施 工 方 案 河南汇龙合金材料有限公司 项目部
目录 一、概述- ----------------------------------------------------------- 2 （一）原理----------------------------------------------------- 2 （二）牺牲阳极法阴极保护的优点--------------------------------- 2 （三）牺牲阳极材料--------------------------------------------- 2 （四）阳极安装方式--------------------------------------------- 6 （五）测试系统------------------------------------------------- 7 （六）应用标准和规范------------------------------------------- 7 （七）主要测试设备和工具--------------------------------------- 8 二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计- --------------------------------- 8 三、施工方法- ------------------------------------------------------- 8 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: -------------------- 9 2、牺牲阳极法的施工: ------------------------------------------ 9
长输管道阴极保护及阴极保护站维护基础知识
长输管道阴极保护及阴极保护站维护基础知识[转] 长输管道阴极保护及阴极保护站维护基础知识 2013-12-8 09:55 阅读(2) 转载自专业管道检测 已经是第一篇 | 下一篇:一建《建设工程法... 1.目的 为了使阴极保护站场内维护人员以及现场巡线人员有效地实施阴极保护，做到 科学操作、安全维护、确保质量、特编此文，提供对站场内及管线上阴极保护系统正常运行并科学维护指导。一.防腐蚀的重要意义 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的。通过炼制，被赋予能量，才从离 子状态转变成原子状态。然而，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中, 国外统计表明，每年由于腐蚀而报废的 金属材料, 约相当于金属产量的20,40,,全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1 亿吨以上,金属腐蚀直接和间接地造成巨大的经济损失, 据有关国家统计每年由于腐蚀 而造成的经济损失,美国为国民经济总产值的4.2,; 英国为国民经济总产值的3.5,;日本为国民经济总值1.8 ,。 二.防腐蚀工程发展概况 六十年代初,我国开始研究阴极保护方法,六十年代末期在船舶,闸门等钢铁构 筑物上得到应用。我国埋地油气管道的阴极保护始于1958 年,六十年代在新疆、 大庆、四川等油气管道上推广应用,目前,全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到明显的效果。 2.阴极保护原理
2.1 所谓阴极保护是通过降低管道的腐蚀电位而使管道得到保护的电化学保护(其实质:给金属补充大量的电子,使被保护金属整体处于电子过剩的状态,使金属表面各点低于一负电位，使金属原子不容易失去电子而变成离子溶入电解质的过程。)。通常施加阴极保护电流有两种方法:强制电流和牺牲阳极保护。 2.2 牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接,并处于同一电 解质中，通过电解质向被保护体提供一个阴极电流，使被保护体进行阴极极化，从而实现阴极保护。 阴极保护牺牲阳极原理是由托马晓夫三电极原理来解释，内容是: (a)两电极电位不同的两电极; (b)两电极必须在同一电解质溶液里; (c)两电极间必须有导线连接。 该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型(电流一般小于1 安培) 或处于低土壤电阻率环境下(土壤电阻率小于100 欧姆.米)的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3 年，最多5 年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要原因通常是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。 强制电流保护原理:由外部的直流电源向被保护金属构筑物通以保护电流，使 之阴极极化，达到阴极保护的一种方法。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如:长输埋地管道，大型罐群等。 强制电流保护原理图;
阴极保护与案例分析
标题：阴极保护基本原理[精华] 内容： 一、腐蚀电位或自然电位 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。 相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE） 高纯镁 -1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50 混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。 二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V） 被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中） -0.85-0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌）-0.95-0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 ◆阴极保护系统测试方法 ◆恒电位仪的基本操作 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区得到电子受到保护。 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图1—3。
牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 2、强制电流法（外加电流法） 将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。如图1-4示。 图1-4恒电位方式示意图 外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直
管道阴极保护施工方案
施工组织设计 一、工程概况 1、小河、天赐湾—乔沟湾—榆炼原油管道输送工程全长60.17公里，阴极保护工程全长60.17公里。设计年输油量70万吨。设计压力6.4MPa，钢管选用20#无缝钢管。 2、施工技术要求和执行标准 2.1执行标准：《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》SYJ4006-90、《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》SY/T0023-97、《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-2003、《埋地钢质硬质聚氨脂泡沫塑料防腐保温层技术标准》SY/T0415-96。 2.2施工技术要求：执行设计施工图和设计变更技术文件。 二、编制依据 1.《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY 0007-1999 2.《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T 0036-2000 3.《阴极保护管道的电绝缘规范》SY/T 0086-2003 4.《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SYJ36-89 5.《埋地钢质检查片腐蚀速率测试方法》SYJ29-87 6.《埋地钢质管道牺牲阳极保护设计规范》SY/T0019-1997 7.《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》SYJ4006-90 三、施工准备 1、技术准备 1.1本项榆炼原油管道防腐保护施工应具有完整齐全的施工图纸和设计文件。 1.2备齐设计单位明确提出本项榆炼原油管道防腐保护施工的技术规范要求和标准。 1.3项目部结合工程实际情况提出施工方案，并进行技术交底。
1.4所用原材料应具有出厂合格证及检验资料，并抽样检查，抽样率不少于3%。 1.5制定详细的安全生产操作规程，做好防火、防毒工作，并制定出具体措施。 1.6制定文明施工措施，坚持绿色环保施工，确保环境安全卫生。 1.7结合甲方安排，准备针对本工程的开工报告，办理榆炼原油管道阴极保护施工工作票，施工记录，质量检验表格。 1.8准备齐全施工记录、自检记录、气象记录、施工日记等。 2、组织准备 2.1施工准备框架图（下见图） 2.2原材料准备 2.2.1我公司按ISO9001质量体系标准，建立了完善的质量保证体系，我们选择了国内外多个原材料供应厂家作为合格的分供商。与此对应，建立了可靠的原材料供应网络以及相应的原材料接、检、保制度。 2.2.2储备充足的施工用材料，主要包括：恒电位仪、高硅铸铁阳极块、参比电极、测试桩等。 3、人力资源配置 本工程我公司拟投入精干的熟练技工（人力资源配置如下表）参加本项施工。施工过程中可根据施工进度及业主要求随时调整劳动力的供应，及时满足施工需要，保证高质量按工期完成施工任务。 3.1开工前所有劳保用品要齐全，施工人员的食宿要安排好。 3.2开工前结合本工程的特点，对所有参加本工程施工的人员进行设备的技术操作培训，必要时进行技术安全考试，文明施工教育，不合格者不得上岗工作。 3.3组织专业施工队伍，以项目经理为主体，并和施工队长、质量检查员、安全监督员、工程技术人员、材料员组成管理层，应少而精。 3.4对施工人员定岗定责，基本固定施工作业区，按区明确作业责任区，坚持
阴极保护的基本知识
阴极保护的基本知识 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。 保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。实践中，钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。 阴极保护是一种控制钢质储罐和管道腐蚀的有效方法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护是钢质储罐防腐蚀的最经济的手段之一。 网状阳极阴极保护方法 网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为储罐底板提供保护电流。 网状阳极保护系统较其它阴极保护方法具有如下优点： 1)电流分布均匀，输出可调，保证储罐充分保护。 2)基本不产生杂散电流，不会对其它结构造成腐蚀干扰。 3)不需回填料，安装简单，质量容易保证。 4)储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。 5)不易受今后工程施工的损坏，使用寿命长。 6)埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的建在岩石上的储罐。 7)性价比高，造价仅为目前镁带牺牲阳极的1倍；虽然长期由恒电位仪提供
阴极保护基本原理
阴极保护基本原理 一、腐蚀电位或自然电位 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE） 高纯镁 -1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50 混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。 二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V） 被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中） -0.85 -0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌） -0.95 -0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较
长输管线的管道阴极保护测试桩
一种长输管线的管道阴极保护测试桩，包括桩体和基座，桩体构成测试桩的主体，基座设置在桩体底部并通过套压方式固定桩体，桩体内部设置中空的面板放置孔，在面板放置孔内设置绝缘接线面板，绝缘接线面板上设置有接线柱，穿线孔从桩体低端通入并直通到面板放置孔处，测试电缆经由穿线孔与绝缘接线面板上的接线柱相连接。测试桩能够在恶劣的环境中埋设并保护面板放置孔中的各元件正常工作，从而实现对测试桩下方对应铺设的在役管道进行实时监测，并基于管道沿线电位分布及变化的分析可以了解沿线干扰源分布及管道防腐层状况。
权利要求书 1、一种长输管线的管道阴极保护测试桩，包括桩体和基座，桩体构成测试桩的主体，基座设置在桩体的底部并套压固定桩体，其特征在于：桩体内部设置中空的面板放置孔，在面板放置孔内设置绝缘接线面板，绝缘接线面板上设置有接线柱，穿线孔从桩体底端通入并直通到面板放置孔处，测试电缆经由穿线孔与绝缘接线面板上的接线柱相连接。 2、根据权利要求1所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：绝缘接线面板通过固定螺栓固定在面板放置孔中，固定螺栓与桩体相固定，固定螺栓和绝缘接线面板之间设置固定片。 3、根据权利要求1或2所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：桩体外部对应面板放置孔的位置设置元件保护门，元件保护门通过元件保护门螺柱与桩体相连接并覆盖面板放置孔，元件保护门螺柱与桩体相固定。 4、根据权利要求3所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：面板放置孔中还设置测试探头和控制中心，测试探头和控制中心分别与绝缘接线面板上的接线柱相连接。 5、根据权利要求4所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：控制中心中包括测试管理组件、无线收发组件和电源组件。 6、根据权利要求5所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：绝缘接线面板上的接线柱分为两组，每组三个；一组接线柱与测试电缆相连接，各接线柱通过测试电缆分别对应连接管道、试片和参比电极，另一组接线柱跨接两组不同的测试桩。
长输管道基础知识
输油管道工程设计规范》 ( GB50253-2003) 1.输油管道工程设计计算输油量时，年工作天数应按350 天计算。 2.应在紊流状态下进行多品种成品油的顺序输送。 3.当顺序输送高粘度成品油时宜使用隔离装置。 4.埋地输油管道与其他用途的管道同沟敷设，并采用联合阴极保护的管道之间的 距离，最小净距为0.5 米。 5.管道与光缆同沟敷设时，其最小净距不应小于0.3 米。 6.当输油管道需改变平面走向适应地形变化时，可采用弹性弯曲、冷弯管、热煨 弯头。在平面转角较小或地形起伏不大的情况下，首先应采用弹性弯曲。采用热煨弯管时，其曲率半径不宜小于 5 倍管子外径，且应满足清管器或检测器顺利同过的要求。 7.输油管的平面和竖向同时发生转角时，不宜采用弹性弯曲。 8.一般情况下管顶的覆土层厚度不应小于0.8 米。 9.管道敷设采用套管时，输油管与套管之间应采用绝缘支撑。套管端部应采用防 水、绝缘、耐用的材料密封。绝缘支撑间距根据管径大小而定，一般不宜小于 2 米。 10.输油管道沿线应安装截断阀，阀门间距不应超过32 千米。人烟稀少地区可加大间距。 11.当输油管道的设计温度同安装温度之差较大时，宜在管道出土端、弯头、管径 改变处及管道和清管器收发装置连接处，根据计算设置锚固设施，或采取其他稳管措施。 12.输油管道沿线应设置里程桩、转角桩、阴极保护测试桩和警示牌等永久性标志。 13.里程桩应设置在油流方向的左侧，沿管道从起点至终点，每隔1kw 设置1个， 不得间断。阴极保护测试桩可同里程桩结合设置。 14.在管道改变方向处应设置水平转角桩。转角桩应设置在管道中心线的转角处左侧
管道阴极保护基本知识(终审稿)
管道阴极保护基本知识文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区得到电子受到保护。 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。
在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图1—3。 牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为- 1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 2、强制电流法（外加电流法） 将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。如图1-4示。 图1-4恒电位方式示意图 外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。 强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。
石油原油管道长输管道阴极保护的方法和条件
原油管道长输管道 阴 极 保 护 电 流 在 线 检 测 注 意 事 项 河南汇龙合金材料有限公司
1 管道内部清洁度 阴极保护电流在线检测技术并非适用于任何管道。作为直接测量工具，阴极保护电流在线检测器需要与管道内壁良好接触，以便能够测量阴极保护电流产生的小电压降。由于原油管道定期清管，因此其影响检测器与管壁接触的问题较少。而成品油管道通常输送规格产品，一般不存在碎片堆积物，因此，其清管频率明显小于原油管道。只要成品油管道末端油品污染程度轻，就可以认为该成品油管道是“清洁”管道。为了确保阴极保护电流在线检测成功进行，在进行成品油管道检测前，通常需要对其进行较高质量的管道清管。目前，市面上已有用于成品油管道的简便和较低成本的清管器产品。这些清管器产品在进行清管的同时，也能测量管道内壁的清洁度，并能确定阴极保护电流在线检测时，检测器与管内壁是否能够充分接触。由同一条成品油管道在间隔1年时间内进行的两次阴极保护在线检测测得的电压降变化曲线可以看出，由于管壁没有充分清洁及电接使用阴极保护电流检测器定位电流源触不良，使得检测过程产生大量噪音，从而导致电压降变化曲线( 上方) 波动较大，而在进行两次清管之后，测得的电压降变化曲线( 下方) 明显平缓。 相比原油管道和成品油管道，对天然气管道进行阴极保护电流在线检测较为困 难。由于天然气管道内的氧化物和管壁上脱落的碎片不能像原油或成品油管道那样被油流带走，因此天然气管道的清管难度较大。管壁清洁度不足导致天然气管道的内壁电接触不够充分，影响了测得的直流电数据的准确性，而管壁清洁度问题对交流电数据影响不大。同时，由于阴极保护电流在线检测器质量轻且与管道内壁间摩擦力小，因此天然气管道的介质流速波动对检测数据的准确性影响不容忽视。 较新的管道内壁存在大量轧屑，使得其与检测器接触和电压降测量难度增大。同时，较新的管道防腐层完好，因此需要的阴极保护电流较小。由于旧管道阴极保护电流较高，因此可一定程度上忽略其管壁接触问题对检测结果的影响，但是对于较新的施加低阴极保护电流的管道，其内壁接触问题对检测结果的影响不容忽视。鉴于此，阴极保护电流在线检测技术通常用于旧的液体管道，只有当天然气管道腐蚀主要是由交流干扰引起时，才能对天然气管道进行阴极保护电流在线检测。
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识 管道阴极保护基本知识 内容提要： ?阴极保护系统管理知识 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区
得到电子受到保护。 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金 属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电 位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种 办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴 极保护。 1牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合 金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的 方法 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护 金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电 位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺 牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图 1 — 3。 牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为 -1.75V ;高钝锌，其电 位为- 1.1V ;工业纯铝，其电位为-0.8V （相对于饱和硫酸铜参 比电极）。 2、强制电流法（外加电流法） 牺艸PH 极 煩包料
天然气管网牺牲阳极阴极保护
天然气管网牺牲阳极阴极保护 阴 极 保 护 设 计 公司：河南汇龙合金材料有限公司 技术部：代银 随着城镇燃气地下管网的迅速发展，地下燃气管网错综复杂，且与消防管道、供水管道、供热管道、供电线路等地下金属构筑物纵横交错，甚至还有可能发生电连接，位于城市道路地下的燃气管网还要受到车辆行驶时造成的盈利冲击腐蚀，钢质管道的腐蚀与防护问题也日益突出。为了延长埋地钢质管道的使用寿命，确保城镇燃气供应安全、可靠，通常采用阴极保护方法保护埋地钢质管道。 1 阴极保护设计 1.1阴极保护类型的确定
阴极保护属于电化学保护，是利用外部电流使金属腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。埋地钢质管道阴极保护分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。 强制电流阴极保护主要适用于郊区等地下管网单一地区的燃气主管道或城镇燃气环网。其优点是输出电流大而且可调，不受土壤电阻率限制，保护半径较大;系统运行寿命长，保护效果好;保护系统输出电流的变化可反映出管道涂层的性能改变。其缺点是需设专人维护管理，要求有外部电源长期供电，易产生屏蔽和干扰，特别是地下金属构筑物较复杂的地方。 牺牲阳极阴极保护主要适用于人口稠密地区和城镇内各种压力级制燃气管道。其优点是不需外加电源，施工方便，不需进行经常性专门管理，不会生屏蔽，对其他构筑物也不会产生干扰，保护电流分布均匀、利用率高。其缺点是输出电流小，保护范围有限;需定期更换，不能实时监测输出电流分的变化，也不能反映管道涂层的状况。 根据以往的经验和我们的实践得知，城镇燃埋地钢质管道宜采用牺牲阳极阴极保护来减缓土壤对管道的电化学腐蚀。 1.2阴极保护电流的确定 要使埋设的燃气管道得到充分的保护，就要证有足够的电流使管道不受到腐蚀。钢质管道廖的最小保护电流是阴极保护设计最重要的参数之一，其计算公式如下：I=AIP(1) 式中I——管道所需最小保护电流，mA A——管道总表面积，m2 IP——最小保护电流密度，mA/m2 最小保护电流密度Ip是根据管道的防腐层种类、好坏来确定的，新建沥青玻璃布防腐管道所需的Ip约0.1mA/m2，新建三层PE管道所需的Ip约0.001mA/m2，旧管道的Ip取 0.3mA/m2。 1.3牺牲阳极的选取 ①土壤电阻率 土壤电阻率反映了土壤介质的导电能力。一般电阻率低的土壤腐蚀性强，反之腐蚀性弱，通常根据土壤电阻率选取适宜的牺牲阳极。无论采用哪种牺牲阳极，都需要先测出管道所在位置的土壤平均电阻率。土壤中所含成分的比例不同，造成各个地方电阻率也不同，即使同一地点不同埋深的电阻率也不同，因此我们常采用管道所在埋深处的电阻率的平均值。 ②牺牲阳极的选用 牺牲阳极主要有两大类型，即镁合金阳极和锌合金阳极。 根据勘测出来的土壤电阻率(ρ)，可以选择采用锌阳极或镁阳极。一般ρ<5Ω·m时，选用锌阳极;5Ω·m≤p≤100Ω·113时，选用镁阳极;p>100Ω·m时，选用带状镁阳极。在土壤潮湿的情况下，锌阳极使用范围可扩大到30Ω·m。 1.4牺牲阳极的布置 ①在布置牺牲阳极时，注意阳极与管道之间不应有金属构筑物。 ②牺牲阳极必须埋设在冰冻线以下。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋设。在河流下阳极应埋设在河床的安全部位，以防止洪水冲刷和挖泥清淤时损坏。